1 апреля на сайте NASA появилось сообщение о планируемых в начале июня этого года дальнейших испытаниях устройства под названием «Сверхзвуковой замедлитель для условий низкой плотности» (Low Density Supersonic Decelerator, LDSD).

Необычный агрегат, который журналисты успели прозвать «летающей тарелкой», будет поднят в стратосферу над Тихим океаном и должен будет благополучно спуститься оттуда.

Этот сложный агрегат необходим для выполнения важной задачи - мягкой посадки на Марс. Трудность этой операции задача можно понять, узнав, насколько разрежена марсианская атмосфера. Атмосферное давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного, чтобы добраться до зоны с таким давлением на Земле, надо подняться более чем на 30 километров. Разреженность атмосферы не дает возможность затормозить спускаемый аппарат, в результате велик риск, что он разрушится при ударе о Марс.

Так и произошло, например, при первой попытке посадки на Марс. Советский аппарат Марс-2 в 1971 году из-за программной ошибки вошел в атмосферу Марса под слишком отвесным углом, в результате не успел достаточно снизить скорость, парашют оказался недостаточно эффективным, и Марс-2 разбился о поверхность планеты.

Более удачным оказался Марс-3, который 2 декабря 1971 года сумел совершить мягкую посадку на Марс. Для этого спускаемому аппарату Марса-3 (и его создателям) пришлось немало потрудиться. Сначала он применил торможение двигателями еще до входа в атмосферу. Затем при помощи специальных двигателей аппарат был сориентирован так, чтобы войти в атмосферу под нужным углом. Эта операция удалась, а дальше началось аэродинамическое торможение в атмосфере. В определенный момент сработала парашютная система, а начиная на высоте приблизительно 20 - 30 метров заработал специальный тормозной двигатель мягкой посадки. Часть удара о поверхность была погашена пенопластовой оболочкой.

Подобная схема посадки на Марс применялась и в последующих экспедициях: торможение до входа в атмосферу, торможение об атмосферу, использование парашюта, торможение двигателем, посадка на подушки безопасности. Но все равно задача была непроста, и многие марсианские миссии преждевременно завершились на этапе посадки. Непосредственно перед моментом посадки была потеряна связь со спускаемым аппаратом Марс-6. Вероятно, он разбился при ударе о поверхность. Также во время посадки был потерян Mars Polar Lander.

Смягчить удар о Марс аппаратам «Викинг-1» и «Викинг-2» помогли посадочные опоры с встроенными амортизаторами из алюминия, которые сминались при посадке, беря удар на себя. В миссии «Mars Exploration Rovers», доставившей на поверхность Марса марсоходы Spirit и Opportunity, сначала скорость снижалась аэродинамическим торможением. Затем раскрывался парашют. Во время снижения на парашюте специальная радиолокационная установка в нижней части посадочного модуля, определяла расстояние до поверхности. Когда аппарат опускался до высоты 1,5 км, включалась камера Descent Image Motion Estimation Subsystem (DIMES), которая делала три фотографии поверхности с задержкой четыре секунды, чтобы автоматически определить горизонтальную скорость спускаемого аппарата. Затем двигатели начинали торможение аппарата. Чтобы препятствовать хаотическому горизонтальному смещению под действием сильного ветра, была создана векторная система реактивных двигателей (TIRS). Наконец, в момент посадки свою роль сыграли особые воздушные подушки безопасности с оболочкой из двойного слоя очень прочного материала - «вектрана».

Сходная схема была применена и при посадке марсианской научной лаборатории с марсоходом Curiosity в августе 2012 года. При спуске было использовано 76 различных пиротехнических устройств, отделявших выполнившие свою задачу блоки и выпускавших парашют. Специальный алгоритм управляемого входа в атмосферу отслеживал ошибки и давал команды по их компенсации. На высоте около 10 км при скорости 470 м/с (двукратная скорость звука в атмосфере Марса) раскрылся самый большой в истории сверхзвуковой парашют, длиной 50 и диаметром 16 метров. С высоты в 3,7 километров начала работать фотокамера, снимавшая поверхность Марса. На высоте около 1,8 км, двигаясь со скоростью около 100 м/с, марсоход и спускаемый аппарат отделились от капсулы с парашютом.

За завершающий этап посадки Curiosity отвечали реактивные двигатели, объединенные в особое устройство «Небесный кран» (Sky crane). Он представлял собой платформу с восемью двигателями, которая на трех тросах плавно опускала модуль на поверхность Марса. Когда датчики в колесах Curiosity подтвердили контакт с грунтом, тросы и электрический кабель, связывавший модуль с «Небесным краном» были перерезаны, и платформа отлетела в сторону. Не смотря на все эти предосторожности, создателям аппарата пришлось поволноваться в момент посадки. Потом они назвали последний этап спуска «семь минут ужаса».

Но для чего нужно принципиально новое устройство? Ведь для последующих марсианских миссий можно использовать все те же наработанные схемы, улучшив технологию «Небесного крана». Дело в том, что в будущем потребуется мягко спустить на Марс куда большие грузы. Спускамый модуль «Марса-3» весил всего 355 килограммов, «Викингов» - 572 килограмма, Spirit и Opportunity - 185 килограммов, Curiosity - 899 килограммов. Речь же идет о спускаемых аппаратах весом в две тонны и более.

Для этой цели и предназначен «Сверхзвуковой замедлитель для условий низкой плотности», та самая «летающая тарелка». Конечно, правильнее ее было бы назвать «спускающейся тарелкой». LDSD соединяет в себе аэродинамические щиты и сверхзвуковой парашют. Аэродинамические щиты официально зовутся «Сверхзвуковые надувные аэродинамические замедлители» (Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators, SIAD). Это большие баллоны, которые образуют что-то вроде пончика по ее краю платформы. По расчетам создателей аппарата, они должны обеспечить эффективное торможение в атмосфере, чтобы сбросить скорость спуска от трех с половиной скоростей звука до всего двух. Достигнув этой цели, аппарат сможет использовать сверхзвуковой дисковый парашют (Supersonic Disk Sail, SSDS). Надувные баллоны существуют в двух модификациях, так что установка может быть диаметром шесть или восемь метров.

Руководит проектом LDSD Марк Адлер. Специалистам по информатике известны его работы в области сжатия данных (он разработал хеш-функцию Adler-32 и кроссплатформенную библиотеку zlib). Но Адлер с 1992 года работает в различных проектах NASA, а с 1996 года занят именно марсианскими программами. В частности, он работал над проектом Mars Exploration Rover (марсоходы Spirit и Opportunity).

Интересно отметить, что технология более эффективного торможения в атмосфере Марса не только позволит опускать на его поверхность серьезные грузы, но и развяжет руки исследователям в выборе места посадки. Ранее марсианские возвышенности были недоступны для спускаемых аппаратов именно из-за того, что путь в атмосфере оказывался недостаточно большим, чтобы успеть затормозить. Возрастет и точность посадки.

Компоненты LDSD уже испытывались по отдельности в аэродинамической трубе и при помощи специальной рельсовой установки с реактивным двигателем. 28 июня 2014 года был проведен пробный спуск всей системы. LDSD был поднят на аэростате на высоту 37 километров, затем при помощи реактивного двигателя достигт высоты 55 километров и оттуда начал спуск, сначала при помощи надувной тормозной системы, а затем на парашюте. Баллоны помогли аппарату за 107 секунд снизить скорость с 3,8 до 2,5 скорости звука. После этого был выпущен парашют диаметром 33,5 метра. Хотя он был более чем в два раза больше того, что использовался при спуске Curiosity, его начало отрывать от аппарата. В итоге LDSD упал на воды Тихого океана на скорости т 32-48 километров в час. Не смотря на этот инцидент, результаты испытаний были признаны удачными удачными, и вот NASA приступает к новому этапу подготовки.

Следующие испытания пройдут у острова Кауаи в период с 2 по 12 июня 2015 года. Будет испытына восьмиметровая модификация аппарата. По итогам прошлогодних испытаний внесены изменения в форму парашюта и структуру его арматуры. За процессом снижения LDSD будут следить специалисты из Лаборатории NASA по изучению реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory), где создается этот агрегат.

Аналог Ноткоин - TapSwap Получай Бесплатные Монеты

Подробнее читайте на polit.ru